雷射物理學——神奇的光波的脈衝

2020-12-08 騰訊網

在慕尼黑的路德維希馬克西米利安大學（LMU）和馬克斯-普朗克量子光學研究所（MPQ）的實驗室中物理學家們開發了一種新型的探測器，使光波的振蕩輪廓能夠被精確地確定。

光很難被抓住。光波以每秒300000公裡的速度傳播，波前在同一時間間隔內振蕩數百萬億次。在可見光的情況下，光波的連續峰值之間的物理距離小於1微米，峰值在時間上的間隔小於百萬分之三百萬分之一秒（

這種脈衝只包含一些波的振蕩，可以用來研究分子及其組成原子的行為，而新的探測器在這方面是一個非常有價值的工具。超短雷射脈衝使科學家能夠在分子甚至亞原子水平上研究動態過程。利用這些脈衝序列，可以先激發目標粒子，然後實時拍攝它們的響應。然而，在強光場中，了解脈衝的精確波形是至關重要的。由于振蕩（載流子）光場的峰值和脈衝包絡的峰值可以在不同的雷射脈衝之間相互移動，因此了解每個脈衝的精確波形非常重要。

阿託秒物理實驗室的團隊由Boris Bergues博士和超高速成像和納米光子學小組負責人Matthias Kling教授領導，現在已經在光波的特性方面取得了決定性的突破。他們的新探測器允許他們以每秒10000個脈衝的重複率來確定「相位」，即每個脈衝中幾個振蕩周期的峰值的精確位置。為此，該組產生圓偏振雷射脈衝，其中傳播光場的方向像時鐘指針一樣旋轉，然後將旋轉脈衝聚焦在環境空氣中。

脈衝與空氣中分子的相互作用產生一個短脈衝電流，電流的方向取決於光波峰值的位置。通過分析電流脈衝的精確方向，研究人員能夠恢復「載波包絡偏移」的相位，從而重建光波的形式。與通常用於相位測定的方法（需要使用複雜的真空儀器）不同，新技術在環境空氣中工作，而且測量需要很少的額外組件。」簡單的設置很可能確保它將成為雷射技術的標準工具，」Matthias Kling解釋說。

「我們相信這項技術也可以應用於重複頻率更高的雷射，並且可以應用於不同的光譜區域，」Boris Bergues說。Matthias Kling教授補充道：「我們的方法對於描述具有高重複率的極短雷射脈衝，例如在歐洲極端光基礎設施（ELI）產生的脈衝，特別感興趣。當應用於超短雷射脈衝的最新來源時，這種新的波形分析方法可以為技術突破鋪平道路，也可以讓人們對「快車道上」基本粒子的行為有新的了解。

來源：https://phys.org/news/2020-01-laser-physics-pulse.html

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